Bestimmung und Gewichtung von Einflussfaktoren auf die Sekundärregelarbeitsabrufe im deutschen Übertragungsnetz

Bestimmung und Gewichtung von Einflussfaktoren auf
die Sekundärregelarbeitsabrufe im deutschen
Übertragungsnetz

Masterarbeit
zur Erlangung des akademischen Grades

Master of Science

Fachhochschule Vorarlberg
Energietechnik und Energiewirtschaft

Intern betreut von
Simon Preuschof MSc.

Extern betreut von:
Dr. Christoph Hofer-Temmel
Katrin Janßen MSc.

Vorgelegt von
Michael Schravogl

Dornbirn, 1. August 2021

Danksagung

Die hier vorliegende Masterarbeit entstand im Zusammenhang mit dem Masterstudiengang
Energietechnik und Energiewirtschaft an der FH Vorarlberg. An dieser Stelle möchte ich
mich bei der Studiengangsleitung und der Administration recht herzlich für die angenehme
und lehrreiche Zeit bedanken.

Ganz besonderen Dank möchte ich gegenüber meinem Betreuer Simon Preuschof MSc.,
für seine tatkräftige Unterstützung, sein unterstützendes Fachwissen und die Möglichkeit,
die Masterarbeit in Zusammenarbeit mit einem Energieversorgungsunternehmen zu
verfassen, aussprechen.

Außerdem möchte ich mich bei Dr. Christoph Hofer-Temmel und Katrin Janßen MSc. für
ihr Engagement und dafür, dass sie mir bei mathematischen und energiewirtschaftlichen
Fragen zur Seite standen, recht herzlich bedanken.

Kurzreferat

Der Energiemarkt steht in einem stetigen Wandel. Gerade das steigende Aufkommen an
volatilen Erzeugungsanlagen (Windkraft- und Photovoltaikanlagen) stellt die
Energieversorgung vor neue Herausforderungen, um einen sicheren Netzbetrieb zu
gewährleisten. Ein sicherer Netzbetrieb wird unter anderem durch das Gleichgewicht
zwischen Erzeugung und Last hergestellt, welches mittels Regelenergie aufrecht erhalten
wird. Das Wissen über Abrufwahrscheinlichkeiten der Sekundärregelarbeit ist wichtig für
eine optimale Angebotslegung der Regelleistungsanbieter. Insbesondere Anbieter mit
speicherbegrenzten Technologien (bspw. Pumpspeicherkraftwerke) müssen möglichst gut
abschätzen wieviel der angebotenen Regelleistung abgerufen wird.

Aus dieser Notwendigkeit heraus ist die Idee für die vorliegende Masterarbeit entstanden,
welche sich damit beschäftigt, Einflussfaktoren der Sekundärregelarbeitsabrufe (SRL-RA)
zu eruieren und zu bewerten. Warum die Einflussfaktoren der SRL-RA und nicht der
Primärregelleistung (PRL) bzw. Minutenreserveleistung (MRL) bestimmt werden, liegt
daran, dass die Sekundärregelleistung (SRL) das erste Produkt der Regelenergie ist,
welches für die Abrufe vergütet wird. Die MRL erhält zwar ebenfalls eine Vergütung für die
Abrufe, diese sind jedoch deutlich geringer als jene der SRL.

Die in dieser Analyse berücksichtigten Faktoren beschränkten sich auf öffentlich
zugängliche und frei verfügbare Daten. Diese wurden von der Transparency Plattform der
ENTSO-E zur Verfügung gestellt. Weitere berücksichtigte Datensätzen ergaben sich im
Laufe der eindimensionalen Analysen und konnten frei berechnet bzw. definiert werden.

Zur Bewertung der potenziellen Einflussfaktoren wird ein Modell benötigt, mithilfe dessen
die Zielgröße beschrieben werden kann. Dieses wird im Zuge der eindimensionalen
Analyse ermittelt. Dabei wird versucht die Komplexität des Modells und damit die
nachfolgende Bewertung so gering wie möglich zu halten. Das eruierte Modell stellt sich im
Laufe der Arbeit als ein Gamma-Modell aus der Familie der generalisierten linearen Modelle
heraus.

Zur Bewertung des Gamma-Modells werden gängige Methoden wie der mittlere absolute
Fehler und der mittlere absolute prozentuale Fehler gewählt. Diese Methodik ist zulässig,
da generalisierte lineare Modelle mittels einer Funktion als lineare Modelle beschrieben und
somit auch als solche bewertet werden können.

Zur Bestimmung der relevanten Einflussfaktoren werden vor der Modellbildung Analysen
zur Eliminierung gewisser Faktoren aufgestellt. Das Modell beinhalten eine fundamentale
Bewertung, die Korrelationen zwischen den Faktoren und die Principal Component Analysis
(PCA).

In der Modellbildung werden unterschiedliche Konstellationen von potenziellen
Einflussfaktoren getestet und abschließend bewertet. Die Modelle werden in dieser Arbeit
bspw. als Naives-, Null-, Volles- und Kombiniertes-Modell zur Begrenzung der potenziellen
Einflussfaktoren auf die wesentlichen Einflussfaktoren benannt.

Abstract

The energy market is in a permanent change. The increasing share of renewable energy
(wind energy and photovoltaic) causes new challenges for the energy supply, in view of
save and reliable grid operation. A save and reliable grid operation is achieved when energy
generation and load is in a balanced state, which is maintained by the efficient use of
balancing power. The knowledge about call-off probabilities of automatic frequency
restoration reserve (aFRR) energy is important for the offers of balancing power suppliers.
Especially for suppliers using technologies with limited energy storage capacity (for
example pumped-storage power plants) it is essential to know how much balancing power
is called-off.

From this consideration the idea for the following master thesis was born, which deals with
determining and evaluating the influencing factors of the aFFR energy calls. The reason
why the determination is done with the aFRR and not the frequency containment reserve
(FCR) or the manual frequency restoration reserve (mFRR) is that the aFRR is the first
product which gets paid for the energy calls. The mFRR also gets paid for its energy call-
offs, but the compensation fee is much lower than for the energy call-offs of the aFRR.

The considered factors in this thesis are public and freely available data. These are provided
by the ENTSO-E transparency platform. Other considered data sets are based on the one-
dimensional analysis or calculated freely.

To evaluate the potential influencing factors, a model is required, which describes the target
variable. This is determined in the one-dimensional analysis. The aim is to keep the
complexity of the model as low as possible. As found during the analyses, the determined
model turned out as a gamma-model from the family of generalized linear models.

To evaluate the gamma-model standard methods are used such as the mean absolute error
and the mean absolute percentage error are used. This is permissible because generalized
linear models can be described as linear models by a function. Therefore, they can also be
evaluated as linear models.

To determine the relevant influencing factors, analysis are carried out to eliminate certain
factors before starting with the model creation. These analyses are a fundamental
assessment, correlation between the factors itself and the principal component analysis.

As part of the modeling, different constellations of potential influencing factors are tested
and evaluated. The models in this thesis are for example the naïve, zero, full and combined
model which are used to limit the potential influencing factors to the essential factors.

Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis I

Tabellenverzeichnis IV

Abkürzungsverzeichnis V

1. Einleitung 1

1.1 Motivation der Masterarbeit 1
1.2 Ziel und Forschungsfrage 3
1.3 Abgrenzung der Masterarbeit 4
 1.3.1 Gebietsabgrenzung 4
 1.3.2 Datengrenzen 4
 1.3.3 Modellgrenzen 4
1.4 Aufbau der Masterarbeit 5
 1.4.1 Theoretische Grundlagen 5
 1.4.2 Datenbeschaffung und -aufbereitung 6
 1.4.3 Eindimensionale Analyse 6
 1.4.4 Voreliminierung potenzieller Einflussfaktoren 7
 1.4.5 Modellbildung 8

2. Theoretische Grundlagen 9

2.1 Grundlagen zur Regelenergie 9
 2.1.1 Verantwortung der Netzbetreiber im Allgemeinen 9
 2.1.2 Verantwortung für Frequenzhaltung 9
 2.1.3 Rechtliche und regulatorische Rahmenbedingungen im Bereich der
 Frequenzhaltung 10
 2.1.4 Maßnahmen zur Frequenzhaltung 10
 2.1.5 Arten der Regelenergie 11
2.2 Ausschreibungsverfahren am Regelenergiemarkt 13
 2.2.1 Ausschreibung der Primärregelleistung 13
 2.2.2 Ausschreibung der Sekundärregel- und Minutenreserveleistung 14
2.3 Imbalance Netting 16
2.4 Auftreten von Sekundärregelarbeitsabrufen 17
2.5 Zeitliche Auflösung 18
2.6 Mathematische Grundlagen 18
 2.6.1 Autokorrelation 18
 2.6.2 Fourier-Analyse der Autokorrelation 19
 2.6.3 Log-log-Plot 19
 2.6.4 Quantil-Quantil-Plot 19

2.6.5 Principal Component Analysis 20

3. Datenbeschaffung und -aufbereitung 22

3.1 Literaturanalyse zur Datenbeschaffung 22
3.2 Datenbeschaffung 24
3.3 Datenaufbereitung 25
 3.3.1 Umgang mit Datenlücken 26
 3.3.2 Umgang mit Daten geringerer Auflösung 26

4. Eindimensionale Analyse 27

4.1 Auswertung statistischer Kennzahlen 27
4.2 Modellauswahl 28
4.3 Kumulierter log-log-Plot 30
4.4 Quantil-Quantil-Plot 31
4.5 Autokorrelation 32
4.6 Fourier-Analyse der Autokorrelation 33
4.7 Merkmale von Zeitintervallen 35

5. Voreliminierung potenzieller Einflussfaktoren 36

5.1 Fundamentale Bewertung 36
 5.1.1 Einfluss der Nachbarstaaten 36
 5.1.2 Sekundärregelarbeitspreise 38
5.2 Korrelation potenzieller Einflussfaktoren untereinander 38
5.3 Principal Component Analysis 41

6. Modellbildung 43

6.1 Trainings- und Testdaten 43
6.2 Standardisierung der potenziellen Einflussfaktoren 43
6.3 Aufbau Gamma-Modell 43
6.4 Modellbewertung 45
 6.4.1 Mittlerer absoluter Fehler 45
 6.4.2 Mittlerer absoluter prozentualer Fehler 45
 6.4.3 Darstellung der Modellbewertung 46
6.5 Naives-Modell 47
6.6 Null-Modell 48
6.7 Volles-Modell 49
6.8 Ober- und Untergrenze der Modellbewertung 50
6.9 Modelle mit ausgewählten Einflussfaktoren 51
 6.9.1 Volles-PCA-Modell (alle Häufigkeiten) 51

6.9.2 Reduziertes-PCA-Modell (mind. 2-fache Häufigkeit) 52
 6.9.3 Reduziertes-PCA-Modell (3-fache Häufigkeit) 53
 6.9.4 Modell mit zeitlichen Faktoren 54
 6.9.5 Modell ohne zeitliche Faktoren 55
 6.9.6 Kombiniertes-Modell 56
6.10 Bewertung der Modelle 57

7. Fazit und Ausblick 63

Literaturverzeichnis 65

Anhang 67

Eidesstattliche Erklärung 79

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Gegenüberstellung der ausgeschriebenen und mittleren abgerufenen SRL
 .................................................................................................................. 2
Abbildung 2: Grundaufbau der Masterarbeit ................................................................... 5
Abbildung 3: Aufbau der theoretischen Grundlagen ....................................................... 5
Abbildung 4: Aufbau der eindimensionalen Analyse der Zielgröße ................................. 6
Abbildung 5: Aufbau der Voreliminierung von Einflussfaktoren....................................... 7
Abbildung 6: Aufbau der Modellbildung .......................................................................... 8
Abbildung 7: Zeitliche Zusammenhänge der Regelenergie........................................... 11
Abbildung 8: Merit-Order-Liste vom 30.09.2020 der PRL Ausschreibung für das positive
 und negative Produkt von 00:00 - 04:00 Uhr ............................................ 14
Abbildung 9: Merit-Order-Liste (SRL Regelarbeit) vom 15.12.2020 der SRL
 Ausschreibung für das positive Produkt von 00:00 - 04:00 Uhr ................ 15
Abbildung 10: modellhafte Darstellung der IGCC ........................................................... 16
Abbildung 11: Beispiel Transformation von Daten mittels der PCA................................. 20
Abbildung 12: Gegenüberstellung der Prognose und tatsächlichen Produktion von
 Windkraft und PV ..................................................................................... 23
Abbildung 13: Beispiel lineare Interpolation am Beispiel der day-ahead Windenergie
 Onshore (DE) .......................................................................................... 26
Abbildung 14: Gegenüberstellung des Histogramms der positiven SRL-RA ohne Null-
 Werte mit der gefitteten Gammaverteilung der Daten .............................. 29
Abbildung 15: kumulierte positive SRL-RA ohne Null-Werte in logarithmischer Skala .... 30
Abbildung 16: QQ-Plot der positiven SRL-RA und der gefitteten Gammaverteilung ....... 31
Abbildung 17: Korrelationsfaktoren der verschobenen positiven SRL-RA (09.09.2019 –
 22.09.2019) in Viertelstunden .................................................................. 32
Abbildung 18: Frequenzen der Fourier-Transformierten der positiven SRL-RA
 Autokorrelation ........................................................................................ 33
Abbildung 19: Frequenzen 0 - 5 der Fourier-Transformierten der positiven SRL-RA
 Autokorrelation ........................................................................................ 33
Abbildung 20: Box-Plot der Viertelstundenwerte der positiven SRL-RA .......................... 35
Abbildung 21: Korrelationsmatrix der potenziellen Einflussfaktoren ................................ 39
Abbildung 22: Kumulierte Anzahl der Komponenten der PCA-Analyse zur Beschreibung
 der Datenwolke........................................................................................ 41
Abbildung 23: Überlagerung zweier Fehlerverteilungen des Naiven-Modells ................. 46
Abbildung 24: MAE Fehlerverteilung des Naiven-Modells .............................................. 47
Abbildung 25: MAPE Fehlerverteilung des Naiven-Modells ............................................ 48
Abbildung 26: MAE Fehlerverteilung der oberen und unteren Grenzen der Modellbildung
 ................................................................................................................ 50
Abbildung 27: MAPE Fehlerverteilung der oberen und unteren Grenzen der
 Modellbildung .......................................................................................... 50
Abbildung 28: MAE Fehlerverteilung Gegenüberstellung aller Modelle .......................... 57
Abbildung 29: MAPE Fehlerverteilung Gegenüberstellung aller Modelle ........................ 58
Abbildung 30: Wahrscheinlichkeitsverteilung der tatsächlichen SRL-RA und des
 Kombinierten-Modells .............................................................................. 61
 -I-

Abbildung 31: Gegenüberstellung des Histogramms der positiven SRL-RA mit der
 gefitteten Gammaverteilung der Daten .................................................... 67
Abbildung 32: Gegenüberstellung des Histogramms der negativen SRL-RA mit der
 gefitteten Gammaverteilung der Daten .................................................... 67
Abbildung 33: Gegenüberstellung des Histogramms der negativen SRL-RA ohne Null-
 Werte mit der gefitteten Gammaverteilung der Daten .............................. 67
Abbildung 34: kumulierte positive SRL-RA in logarithmischer Skala............................... 68
Abbildung 35: kumulierte negative SRL-RA ohne Null-Werte in logarithmischer Skala ... 68
Abbildung 36: kumulierte negative SRL-RA in logarithmischer Skala ............................. 68
Abbildung 37: QQ-Plot der positiven SRL-RA ohne Null-Werte und der gefitteten
 Gammaverteilung .................................................................................... 69
Abbildung 38: QQ-Plot der negativen SRL-RA und der gefitteten Gammaverteilung ...... 69
Abbildung 39: QQ-Plot der negativen SRL-RA ohne Null-Werte und der gefitteten
 Gammaverteilung .................................................................................... 69
Abbildung 40: Korrelationsfaktoren der verschobenen positiven SRL-RA (09.10.2019 –
 22.10.2019) in Viertelstunden .................................................................. 70
Abbildung 41: Korrelationsfaktoren der verschobenen positiven SRL-RA (09.06.2020 –
 22.06.2020) in Viertelstunden .................................................................. 70
Abbildung 42: Korrelationsfaktoren der verschobenen negativen SRL-RA (09.09.2019 –
 22.09.2019) in Viertelstunden .................................................................. 70
Abbildung 43: Korrelationsfaktoren der verschobenen negativen SRL-RA (09.10.2019 –
 22.10.2019) in Viertelstunden .................................................................. 71
Abbildung 44: Korrelationsfaktoren der verschobenen negativen SRL-RA (09.06.2019 –
 22.06.2019) in Viertelstunden .................................................................. 71
Abbildung 45: Box-Plot der Viertelstundenwerte (1 – 32) der positiven SRL-RA............. 71
Abbildung 46: Box-Plot der Viertelstundenwerte (33 – 64) der positiven SRL-RA........... 72
Abbildung 47: Box-Plot der Viertelstundenwerte (65 – 96) der positiven SRL-RA........... 72
Abbildung 48: MAE Fehlerverteilung des Null-Modells ................................................... 73
Abbildung 49: MAPE Fehlerverteilung des Null-Modells ................................................. 73
Abbildung 50: MAE Fehlerverteilung des Vollen-Modells ............................................... 73
Abbildung 51: MAPE Fehlerverteilung des Vollen-Modells ............................................. 74
Abbildung 52: MAE Fehlerverteilung des Vollen-PCA-Modells (alle Häufigkeiten).......... 74
Abbildung 53: MAPE Fehlerverteilung des Vollen-PCA-Modells (alle Häufigkeiten) ....... 74
Abbildung 54: MAE Fehlerverteilung des Reduzierten-PCA-Modells (mind. 2-facher
 Häufigkeit) ............................................................................................... 75
Abbildung 55: MAPE Fehlerverteilung des Reduzierten-PCA-Modells (mind. 2-facher
 Häufigkeit) ............................................................................................... 75
Abbildung 56: MAE Fehlerverteilung des Reduzierten-PCA-Modells (3-fache Häufigkeit)
 ................................................................................................................ 75
Abbildung 57: MAPE Fehlerverteilung des Reduzierten-PCA-Modells (3-fache Häufigkeit)
 ................................................................................................................ 76
Abbildung 58: MAE Fehlerverteilung des Modells mit zeitlichen Faktoren ...................... 76
Abbildung 59: MAPE Fehlerverteilung des Modells mit zeitlichen Faktoren .................... 76
Abbildung 60: MAE Fehlerverteilung des Modells ohne zeitliche Faktoren ..................... 77
Abbildung 61: MAPE Fehlerverteilung des Modells ohne zeitliche Faktoren................... 77
Abbildung 62: MAE Fehlerverteilung des Kombinierten-Modells .................................... 77
 - II -

Abbildung 63: MAPE Fehlerverteilung des Kombinierten-Modells .................................. 78

 - III -

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: beispielhafte Generierung von Wochentagen als potenzielle
 Einflussfaktoren ....................................................................................... 23
Tabelle 2: statistische Kennzahlen der Zielgröße ..................................................... 27
Tabelle 3: berücksichtigte verschobene SRL-RA als potenzielle Einflussfaktoren .... 34
Tabelle 4: Energiemengen der erneuerbaren Energien für das Jahr 2019 ............... 36
Tabelle 5: Energiemengen der Erzeugungs- und Lastvorhersage für das Jahr 2019 37
Tabelle 6: Datensätze mit einer hohen Korrelation zueinander................................. 40
Tabelle 7: potenzielle Einflussfaktoren mit der größten Varianz der Komponente aus
 der PCA-Analyse ..................................................................................... 42
Tabelle 8: potenzielle Einflussfaktoren inkl. Häufigkeit innerhalb der PC-1 - 3.......... 42
Tabelle 9: potenzielle Einflussfaktoren des Vollen-Modells ...................................... 49
Tabelle 10: potenzielle Einflussfaktoren des Vollen-PCA-Modells (alle Häufigkeiten). 51
Tabelle 11: potenzielle Einflussfaktoren des Reduzierten-PCA-Modells (mind. 2-facher
 Häufigkeit) ............................................................................................... 52
Tabelle 12: potenzielle Einflussfaktoren des Reduzierten-PCA-Modells (3-fache
 Häufigkeit) ............................................................................................... 53
Tabelle 13: potenzielle Einflussfaktoren des Modells mit zeitlichen Faktoren ............. 54
Tabelle 14: potenzielle Einflussfaktoren des Modells ohne zeitliche Faktoren ............ 55
Tabelle 15: potenzielle Einflussfaktoren des Kombinierten-Modells ........................... 56
Tabelle 16: Ranking der Modelle anhand der mittleren MAE ...................................... 58
Tabelle 17: Ranking der Modelle anhand der mittleren MAPE ................................... 59
Tabelle 18: Relevante Einflussfaktoren des Gamma-Modells zur Beschreibung der
 SRL-RA ................................................................................................... 60
Tabelle 19: Total Variation Distance der einzelnen Modelle ....................................... 62

 - IV -

Abkürzungsverzeichnis

aFRR Frequency Restoration Reserve with automatic activation

APG Austrian Power Grid AG

BKV Bilanzkreisverantwortlicher

EE Erneuerbare Energien

EEG Erneuerbare-Energie-Gesetz

ENTSO-E European Network of Transmission System Operators for Electricity

EnWG Energiewirtschaftsgesetz

FCR Frequency Containment Reserve

GCT Gate Closing Time

GLM Generalisierte lineare Modelle

GOT Gate Opening Time

IGCC International Grid Control Cooperation

MAE Mittlerer absoluter Fehler

MAPE Mittlerer absoluter prozentualer Fehler

mFRR Frequency Restoration Reserve with manual activation

MRL Minutenreserve

NRV Netzregelverbund

PCA Principal Component Analysis

PRL Primärregelleistung

PV Photovoltaik

QQ-Plot Quantil-Quantil-Plot

SRL Sekundärregeleistung

SRL-RA SRL Regelarbeitsabrufe

StromNVZ Stromnetzzugangsverordnung

ÜNB Übertragungsnetzbetreiber

 -V-

1. Einleitung

Im einleitenden Kapitel wird auf die Motivation und die Zielsetzung der Arbeit eingegangen.
Aufbauend auf die Motivation wird das Ziel der Masterarbeit, sowie die Forschungsfrage
beschrieben. Damit die Ausarbeitung der Forschungsfrage einem angemessenen Umfang
entspricht, werden klare Grenzen dafür definiert. Als letztes einleitendes Unterkapitel wird
der grundlegende Aufbau der Masterarbeit beschrieben, welcher eine strukturierte
Vorgehensweise ermöglichen soll.

1.1 Motivation der Masterarbeit
Die Idee zu dieser Masterarbeit entstand während meiner Werkstudententätigkeit bei der
illwerke vkw. Das Unternehmen ist der Landesenergieversorger Vorarlbergs.

Die am Energiemarkt beteiligten und mitwirkenden Unternehmen beschäftigen sich stetig
mit Prognosen des Energie- und Verbrauchsaufkommens. Gute Prognosen stellen die
Grundlage einer optimalen Vermarktung von Kraftwerken und auftretenden Flexibilitäten in
sämtlichen Energiemärkten dar. Die illwerke vkw sind unter anderem am
Regelenergiemarkt tätig und wollen optimale Gebote zur Vermarktung ihrer Kraftwerke
legen. Dafür werden möglichst präzise Prognosen der zu erwartenden Regelarbeitsabrufe
benötigt. Um diese zu erstellen ist die Kenntnis der wesentlichen Einflussfaktoren auf die
Abrufe essenziell. Aus diesem Grund werden diese in der vorliegenden Masterarbeit
untersucht.

Diese Arbeit beschäftigt sich nur mit den Sekundärregelarbeitsabrufen (SRL-RA) der
Sekundärregelleistung (SRL). Der Grund liegt darin, dass für die Primärregelleistung (PRL)
die Abrufe nicht vergütet werden und im Falle der Minutenreserveleistung (MRL) die Abrufe
zwar vergütet werden, aber diese deutlich geringer ausfallen als die der SRL. Eine
genauere Erläuterung der Produkte erfolgt zu einem späteren Zeitpunkt.

 1

Die konkrete Fragestellung soll mit der nachstehenden Abbildung 1 beschrieben werden.
Die Abbildung zeigt eine Gegenüberstellung der durch die Übertragungsnetzbetreiber
(ÜNB) gemeinsam im Netzregelverbund (NRV) ausgeschriebenen und abgerufenen SRL.
Klar ersichtlich ist, dass die ausgeschriebene Regelleistung die abgerufene deutlich
übersteigt. Das hängt damit zusammen, dass maximal die ausgeschriebene Regelleistung
in Form von Regelarbeit von den ÜNB abgerufen werden kann. Dem Profil der mittleren
abgerufenen SRL kann ein klarer schwankender Verlauf entnommen werden. Diese
unterschiedlichen Abrufe kommen aufgrund der in dieser Arbeit zu eruierenden
Einflussfaktoren zustande. Diese Einflussfaktoren stehen in einem zunehmenden Wandel.
Während die Abrufe ursprünglich von Last- und Erzeugungsschwankungen geprägt waren,
werden sie heute von deutlich vielfältigeren Faktoren beeinflusst. Diese zu bestimmen und
zu bewerten ist das Ziel dieser Arbeit.

Die Abbildung 1 dient lediglich als Beispiel des Vergleichs zwischen ausgeschriebener
Regelleistung und abgerufener Regelleistung aus Sicht der ÜNB. Die Angebotsstrategie
der Anbieter ist nicht äquivalent zu der der ÜNB. Während die ÜNB ihre Ausschreibungen
der Regelleistungen damit definieren, dass die benötigte Regelarbeit zu jedem Zeitpunkt
gedeckt werden kann, berücksichtigen Anbieter neben der Abrufwahrscheinlichkeit der
Regelarbeit auch die ausgeschriebene Leistung als Einflussgröße des Leistungspreises.
Dies kann jedoch in der Darstellung nicht aufgezeigt werden, da diese Daten meist als
vertraulich angesehen und von den einzelnen Unternehmen nicht publiziert werden. Daher
wird darauf auch kein weiterer Bezug genommen.

Abbildung 1: Gegenüberstellung der ausgeschriebenen und mittleren abgerufenen SRL
Quelle: eigene Darstellung auf Basis der Daten von ENTSO-E Transparency Plattform [1]

 -2-

1.2 Ziel und Forschungsfrage
Aus der eben beschriebenen Idee ist auch die Forschungsfrage für diese Masterthesis
entstanden, welche zuerst genannt und in den folgenden Schritten mit Hilfe der ISMART
Kriterien bewertet wird. Die Forschungsfrage soll als Basis der Zielsetzung dienen. Das Ziel
ist, wie aus der nachstehenden Forschungsfrage hervorgeht, die Identifizierung von
Einflussfaktoren auf die SRL-RA mittels eines zu definierenden Modells. Dabei ist es nicht
das Ziel mit der maximalen Anzahl an Faktoren ein plausibles Prognoseergebnis zu
erzielen, sondern mit so wenig essenziellen Faktoren wie möglich das bestmögliche
Ergebnis zu erreichen. Das Prognoseergebnis selbst ist nicht das Ziel, sondern dient
lediglich zur Bewertung der Einflussfaktoren. Die Forschungsfrage ist nachstehend
definiert:

 Welche Faktoren haben einen wesentlichen Einfluss auf die
 Sekundärregelarbeitsabrufe und mit Hilfe welchem zu bestimmenden Modell
 können diese bewertet werden?

I wie „innovativ“: Die während der Literaturanalyse untersuchten Publikationen
 beschäftigten sich mit dem Prognoseergebnis und nicht wie in dieser
 Arbeit mit den Einflussfaktoren selbst. Um ein Prognoseergebnis zu
 erzielen sind selbstverständlich auch Einflussfaktoren notwendig und
 zu definieren. In dieser Masterthesis wird sich allerdings auf eine
 Auswahl beschränkt und versucht, mit dieser das bestmögliche
 Ergebnis zu erzielen. In dieser Arbeit soll ein Vielfaches an
 Einflussfaktoren herangezogen und diese sukzessive reduziert
 werden. [2], [3]

S wie „spezifisch“: Die Arbeit behandelt die Ermittlung und Bewertung von
 Einflussfaktoren auf die SRL-RA im deutschen Übertragungsnetz.
 Nicht behandelt werden deren Einflüsse in anderen Ländern. Die
 Einflussfaktoren werden mittels gängiger Fehlerverteilungen zu den
 tatsächlichen SRL-RA bewertet. Die genaue Bewertungsmethodik
 wird im weiteren Verlauf genauer beschrieben.

M wie „messbar“: Die Fehlerverteilungen werden anschließend jener Fehlerverteilung
 gegenübergestellt, welche die maximale Anzahl an potenziellen
 Einflussfaktoren berücksichtigt. Das hat zum Ziel, dass die
 Abweichung so gering wie möglich zu halten ist.

A wie „akzeptiert“: Die verwendeten Tools, wie beispielsweise Python (Jupiter Notebook
 und Spyder), sind anerkannte Berechnungstools und für
 wissenschaftliche Anwendungen akzeptiert. Weiters werden nur
 Methoden und Tools verwendet, welche dem Stand der Technik
 entsprechen.

 -3-

R wie „realistisch“: Grundkenntnisse im Programmieren mit Python und den
 Energiemärkten sind aufgrund von bereits absolvierten Vorlesungen
 und der Beschäftigung in einem Energieversorgungsunternehmen
 vorhanden. Außerdem soll die Komplexität der Arbeit schrittweise
 gesteigert werden, um sich langsam dem Ziel zu nähern und dadurch
 den Umfang der Arbeit zu begrenzen.

T wie „terminierbar“: Terminiert ist die Abgabe der Arbeit mit den von der Fachhochschule
 Vorarlberg fixierten Terminen.

1.3 Abgrenzung der Masterarbeit
In den folgenden Unterkapiteln werden die Abgrenzungen der Masterarbeit beschrieben.
Diesbezüglich wird auf die Gebietsabgrenzung, Datengrenzen und Modellgrenzen
eingegangen.

1.3.1 Gebietsabgrenzung
Wie bereits in den ISMART Kriterien definiert wird die Arbeit auf den deutschen Strommarkt
und auf das Produkt der SRL-RA beschränkt. Diese Beschränkung soll den Umfang der
Thesis klar abgrenzen und zu keinem unverhältnismäßigen und großen Aufwand der
Bearbeitung führen. Der Grund für den Bezug auf die SRL-RA kann weiterführend den
theoretischen Grundlagen entnommen werden.

1.3.2 Datengrenzen
Allgemein werden in der Arbeit nur Datensätze (Einflussfaktoren und Zielgröße) verwendet,
die auf geeigneten Plattformen frei verfügbar sind. Das bedeutet, dass keine Datensätze
gekauft oder auf illegale Weise erworben werden. Die Entscheidung der Nutzung von frei
verfügbaren Datensätzen wurde aufgrund der Verfügbarkeit und Reproduzierbarkeit der
Analysen getroffen. Die Ergebnisse dieser Arbeit sollen an keinerlei finanzielle bzw.
rechtliche Bedingungen geknüpft werden. Das ermöglicht ein vereinfachtes Nutzen der
Ergebnisse für Privatpersonen und Unternehmen.

1.3.3 Modellgrenzen
Für die Bestimmung und Bewertung der Einflussfaktoren wird ein mathematisches Modell
mittels einer Analyse der Zielgröße definiert. Für diese Analyse und die Folgeanalyse
werden ausschließlich anerkannte und erprobte Modelle in Betracht gezogen. Die Auswahl
der Modelle ergibt sich im weiteren Verlauf der Masterarbeit.

 -4-

1.4 Aufbau der Masterarbeit
Der Grundaufbau der vorliegenden Masterarbeit setzt sich aus nachfolgenden
Themengebieten zusammen. In Abbildung 2 sind die Hauptkapitel dargestellt. Auf die
einzelnen Themengebiete wird in den folgenden Unterkapiteln eingegangen.
 Theoretische Grundlagen

 Datenbeschaffung und -aufbereitung

 Eindimensionale Analyse Voreliminierung von Einflussfaktoren

 Modellbildung

 Fazit und Ausblick

Abbildung 2: Grundaufbau der Masterarbeit
Quelle: eigene Darstellung

1.4.1 Theoretische Grundlagen
Bevor mit der eigentlichen Bearbeitung der Kernthematik und der Beantwortung der
Forschungsfrage begonnen wird, müssen einige grundlegende Themen behandelt werden.
Die in diesem Kapitel behandelten Themengebiete sind essenziell für den weiteren Verlauf
der Masterarbeit. In Abbildung 3 sind die Unterkapitel der theoretischen Grundlagen
angeführt. Darin wird der Begriff der Regelenergie näher erläutert und darauf eingegangen,
was Regelenergie überhaupt ist und wie sie sich zusammensetzt. Dadurch soll ein
detailliertes Verständnis bezüglich deren Einflüsse geschaffen werden.

Die Kapitel 2.2, 2.3, 2.4 und 2.5 sollen die Kernthematik rund um die Regelenergie weiter
vertiefen und die Zusammenhänge zwischen den einzelnen gehandelten Produkten näher
erläutern.

Der letzte große Themenblock der theoretischen Grundlagen beschäftigt sich mit den
mathematischen Grundlagen, welche zum einen für die Vorauswertung (Kapitel 4
„Eindimensionale Analyse“ und Kapitel 5 „Voreliminierung von Einflussfaktoren“) und zum
anderen für die Modellbildung (Kapitel 6) angewandt werden.

 2. Theoretische Grundlagen

 2.1 Grundlagen zur Regelenergie

 2.2 Ausschreibungsverfahren am Regelenergiemarkt

 2.3 Imbalance Netting

 2.4 Auftreten von Sekundärregelarbeitsabrufen

 2.5 Zeitliche Auflösung

 2.6 Mathematische Grundlagen

Abbildung 3: Aufbau der theoretischen Grundlagen
Quelle: eigene Darstellung

 -5-

1.4.2 Datenbeschaffung und -aufbereitung
In diesem Kapitel wird beschrieben woher die Daten beschafft und wie diese aufbereitet
werden. Dieses Kapitel ist für die Nachvollziehbarkeit der folgenden Analysen relevant, da
Daten meist nicht in gleicher Qualität und Auflösung zur Verfügung stehen.

Zudem wird darauf eingegangen, wie mit Datenlücken und mit Daten mit geringerer
Auflösung umgegangen wird. Dafür gibt es unterschiedliche Möglichkeiten und verlangen
daher eine nähere Beschreibung.

1.4.3 Eindimensionale Analyse
Die eindimensionale Analyse setzt sich mit der Zielgröße auseinander. Als Zielgröße sind
die SRL-RA definiert, mit Hilfe derer die Einflussfaktoren bestimmt und bewertet werden.

Mit Kenntnis der Zielgröße, welche mittels der in Abbildung 4 beschriebenen Kapitel erlangt
wird, kann ein geeignetes Bewertungsmodell für die einzelnen potenziellen Einflussfaktoren
eruiert werden. Dafür wird anhand statistischer Werte ein erster Eindruck bezüglich des
Verhaltes der Zielgröße getroffen.

Weitere Analysen, welche in den entsprechenden Kapiteln beschrieben werden, betreffen
die Modellauswahl, den kumulierten log-log-Plot, den Quantil-Quantil-Plot, die
Autokorrelation, die Fourier-Analyse der Autokorrelation und die Merkmale von
Zeitintervallen. All diese Analysen dienen dazu, ein für dieses Forschungsziel geeignetes
Modell und weitere potenzielle Einflussfaktoren zu bestimmen.

 4. Eindimensionale Analyse

 4.1 Auswertung statistischer Kennzahlen

 4.2 Modellauswahl

 4.3 Kumulierter log-log-Plot

 4.4 Quantil-Quantil-Plot

 4.5 Autokorrelation

 4.6 Fourier-Analyse der Autokorrelation

 4.7 Merkmale von Zeitintervallen

Abbildung 4: Aufbau der eindimensionalen Analyse der Zielgröße
Quelle: eigene Darstellung

 -6-

1.4.4 Voreliminierung potenzieller Einflussfaktoren
Damit die lange Liste an potenziellen Einflussfaktoren nicht gesamthaft in die Modellbildung
einfließt, werden bereits vorweg einige Analysen zur Voreliminierung einiger potenzieller
Einflussfaktoren durchgeführt. Allen voran werden die Datensätze einer fundamentalen
Bewertung unterzogen und somit etwaige Zufälligkeiten ausgemerzt. Zufälligkeiten können
bei einer Modellbildung dann entstehen, wenn Datensätze eine hohe Korrelation mit der
Zielgröße aufweisen, aber im fundamentalen Sinne betrachtet keinen logischen
Zusammenhang zueinander haben.

Weiterführend werden Korrelationsmatrizen zwischen den Datensätzen aufgestellt,
wodurch die potenziellen Einflussfaktoren weiter reduziert werden können. Weitere
Analysen werden mit der Principal Component Analysis aufgestellt. Eine genaue Erklärung
der einzelnen Verfahren kann abschließend den jeweiligen Kapiteln entnommen werden.
Die Abbildung 5 zeigt den Aufbau des Kapitels der Voreliminierung potenzieller
Einflussfaktoren.

 5. Voreliminierung potenzieller Einflussfaktoren

 5.1 Fundamentale Bewertung

 5.2 Korrelation potenzieller Einflussfaktoren untereinander

 5.3 Principal Component Analysis

Abbildung 5: Aufbau der Voreliminierung von Einflussfaktoren
Quelle: eigene Darstellung

 -7-

1.4.5 Modellbildung
Das letzte große Kapitel beschäftigt sich mit der Modellbildung. In diesem Themenblock
werden die Zielgröße und die potenziellen Einflussfaktoren in einem Modell
zusammengeführt.

Die Unterkapitel „Null-Modell“ und „Naives-Modell“ beschäftigen sich ausschließlich mit der
Zielgröße. Darin wird das Modell mit der Zielgröße getestet, um anschließend in den
Folgemodellen zu überprüfen, ob die potenziellen Einflussfaktoren zu einer Verbesserung
des Modells führen und ob ein geeignetes Modell gewählt wurde. Die darauf folgenden
Modelle werden mittels unterschiedlichster Zusammenstellungen der potenziellen
Einflussfaktoren durchgeführt. Die Bewertung der einzelnen Modelle erfolgt mit dem
Vergleich des Vollen-Modells, welches alle potenziellen Einflussfaktoren nach der
Voreliminierung beinhaltet und somit das bestmögliche Ergebnis liefern soll. Die
Abbildung 6 stellt die einzelnen Unterkapitel der Modellbildung dar.

 6. Modellbildung

 6.1 Trainings- und Testdaten

 6.2 Standardisierung der potenziellen Einflussfaktoren

 6.3 Aufbau Gamma-Modell

 6.4 Modellbewertung

 6.5 Naives-Modell

 6.6 Null-Modell

 6.7 Volles-Modell

 6.8 Ober- und Untergrenze der Modellbewertung

 6.9 Modelle mit ausgewählten Einflussfaktoren

 6.10 Bewertung der Modelle

Abbildung 6: Aufbau der Modellbildung
Quelle: eigene Darstellung

 -8-

2. Theoretische Grundlagen

In den theoretischen Grundlagen werden alle für die nachfolgenden Analysen relevanten
Themengebiete aufgegriffen und beschrieben. Außerdem wird die Thematik der
Regelenergie im Allgemeinen detailliert erläutert. Die Regelenergie fasst die Begriffe
Regelleistung und Regelarbeit zusammen. Von Regelleistung wird bei der Beschaffung
gesprochen und beschreibt das Vorhalten von Kraftwerkskapazitäten. Sobald es zu einem
Abruf der Regelleistung kommt, wird von Regelarbeit gesprochen. Diese Kenntnisse sind
die grundlegende Basis dieser Arbeit, weshalb diese auch genauer beschrieben werden.

2.1 Grundlagen zur Regelenergie
In den folgenden Kapiteln werden die Grundlagen zur Regelenergie beschrieben und
genauer erläutert. Aufgrund der Relevanz für diese Arbeit werden diese weiterführend noch
aus der Perspektive Deutschlands angeführt.

2.1.1 Verantwortung der Netzbetreiber im Allgemeinen
Jeder Netzbetreiber ist neben der allgemeinen Verpflichtung zur Gewährleistung eines
diskriminierungsfreien Netzzugangs für Jedermann gemäß § 20 Energiewirtschaftsgesetz
(EnWG) dazu verpflichtet, folgende Systemdienstleistung zur Netzqualität zu erfüllen:[4]

  Frequenzhaltung (50 Hz)
  Spanungshaltung (230 V +/- 10 % bei Niederspannung)
  Betriebsführung
  Versorgungswiederaufbau nach Störungen

Aufgrund der Relevanz in dieser wissenschaftlichen Arbeit wird im weiteren Verlauf der
theoretischen Grundlagen lediglich auf die Frequenzhaltung näher eingegangen.

2.1.2 Verantwortung für Frequenzhaltung
Gemäß § 13 EnWG liegt die Verantwortung für den Einsatz von Regelenergie und damit
der Frequenzregelung bei den ÜNB. Die Rahmenbedingungen, welche diesbezüglich
einzuhalten sind, werden auf europäischer und nationaler Ebene geregelt. [5]

 -9-

2.1.3 Rechtliche und regulatorische Rahmenbedingungen im Bereich der
 Frequenzhaltung
Auf europäischer Ebene sind die regulatorischen Rahmenbedingungen durch die ENTSO-
E (European Network of Transmission System Operators for Electricity) mit Sitz in Belgien
verwaltet. Dieser Verband der europäischen ÜNB wirkt bei der Erstellung von Leitfäden und
Vorschriften (Network-Codes / EU-Verordnungen) zur Stromnetzregulierung mit. Die
Leitfäden und Vorschriften werden auf Vorschlag der europäischen Kommission in Auftrag
gegeben und durch den europäischen Rat und das Parlament freigegeben. Diese gelten
anschließend entweder direkt oder werden auf nationaler Ebene umgesetzt. [6]

Auf nationaler Ebene wird die Frequenzhaltung über das EnWG, die StromNVZ
(Stromnetzzugangsverordnung) und das EEG (Erneuerbare-Energie-Gesetz) geregelt. [5]

Europäische Regulatorien

Für die Frequenzhaltung sind die europaweit gültigen EU-Verordnungen 2017/2196 und
2017/1485 relevant. Das Ziel dieser Verordnungen liegt in der Schaffung eines
funktionierenden internationalen Binnenmarkts im Bereich der Frequenzhaltung respektive
Regelarbeit. Außerdem soll durch die international gültigen Verordnungen eine
Vereinheitlichung der nationalen Ausgleichsenergiesysteme geschaffen werden. [6]

Nationale Regulatorien

Die auf europäischer Ebene festgelegten Network-Codes sind auf nationaler Ebene
gesetzlich festgehalten, detailliert ausgearbeitet und auf den deutschen Energiemarkt
angepasst. Im StromNVZ und EnWG sind die Verantwortung der ÜNB und deren
Anforderungen bezüglich Beschaffung und Erbringung von Ausgleichsenergie definiert. Die
Anforderungen und die Regelung der Teilnahme von erneuerbaren Energieanlagen am
Regelenergiemarkt werden durch das EEG festgelegt. [7]

2.1.4 Maßnahmen zur Frequenzhaltung
Die nachstehende Auflistung beschreibt die eingesetzten Maßnahmen zur
Frequenzhaltung: [4]

  Automatischer Einsatz von Momentanreserve
 Unter den Momentanreserven wird die Trägheit von rotierenden Massen
 verstanden, welche eine kurzzeitige Stabilisierung der Netzfrequenz ermöglichen.
 [4]

  Regelenergie
 Im Falle eines Ungleichgewichts zwischen Erzeugung (Energieeinspeisung) und
 Last (Energiebezug) kommt es zum Einsatz von Regelenergie. Mittels dieser wird
 das Ungleichgewicht wieder ausgeglichen. Abhängig vom Ungleichgewicht wird
 negative (Erzeugung größer als die Last) oder positive (Last größer als die
 Erzeugung) Regelenergie benötigt. Die Regelenergie wird grundlegend in drei
 Produkte unterteilt, welche in einem Ausschreibungsverfahren von den ÜNB
 beschafft werden. [4]

 - 10 -

 Reduktion / Erhöhung der Wirkleistung
 Durch vertragliche Regelungen zwischen ÜNB und den Betreibern von
 Erzeugungsanlagen (Erneuerbare Energie Anlagen und Kraft-Wärme-Kopplungs-
 Anlagen) bzw. großen Verbrauchern kann die Wirkleistung gezielt geregelt werden.
 [4]

  Abwurf von Lasten
 Die letzte Möglichkeit, um einen sicheren Netzbetrieb wieder herzustellen, wird über
 einen geregelten Lastabwurf durchgeführt. Dabei werden Verbraucher vom Netz
 getrennt bzw. Erzeugungsanlagen gedrosselt. [4]

2.1.5 Arten der Regelenergie
Wie bereits beschrieben werden drei Arten von Regelenergie unterschieden, welche
nacheinander bzw. zum Teil überschneidend aktiviert werden.

Die Abbildung 7 zeigt (grau hinterlegt) die Aktivierungszeiten der einzelnen
Regelenergieprodukte (PRL, SRL und MRL). Das linke, weiß hinterlegte Segment der
Abbildung beschreibt die Momentanreserve, welche kurzzeitig die Netzfrequenz stabilisiert.
Das rechte, ebenfalls weiß hinterlegte Segment (Reserve durch BKV) zeigt die Ablösung
der Regelenergie durch freie Kapazitäten der Bilanzkreise. [8], [9] Bilanzkreise sind
Zusammenschlüsse von einem oder mehreren Netznutzern (Erzeuger und Verbraucher)
innerhalb einer Regelzone. Jedem Bilanzkreis ist ein Bilanzkreisverantwortlicher (BKV)
übergestellt, welcher die Reserven bereitstellt. [5]

 Momentanreserve

 Reserve durch BKV
Leistung

 Zeit

 30 s 5 min 15 min 60 min

Abbildung 7: Zeitliche Zusammenhänge der Regelenergie
Quelle: eigene Darstellung auf Basis der Abbildung von Next Kraftwerke GmbH [10]

 - 11 -

Primärregelleistung

Für den kurzfristigen Ausgleich von unvorhergesehenen Frequenzschwankungen
(Abweichung von 50 Hz) ist das erste Instrument der Regelenergie die PRL. Diese wird
mittels Drehzahlregelung von elektrischen Generatoren bereitgestellt. Die Aktivierung muss
möglichst schnell erfolgen, damit ein Stromausfall vermieden werden kann. Die PRL muss
nach maximal 30 Sekunden zur Gänze erbracht werden und für mindestens 15 Minuten zur
Verfügung stehen. Die PRL ist die erste Maßnahme der Regelenergie, welche mit positiver
bzw. negativer Regelleistung dem Ungleichgewicht zwischen Erzeugung und Last
entgegenwirkt. [8], [9]

Der Abruf bzw. die Aktivierung der PRL erfolgt frequenzabhängig. Die beiden anderen
Produkte der Regelenergie (SRL und MRL) werden hingegen über einen Abruf der ÜNB
aktiviert. Anbieter von PRL messen die Netzfrequenz vor Ort und aktivieren diese
automatisch bei einer Frequenzänderung von + / - 200 mHz. Dadurch können bspw.
Kommunikationsstrecken eingespart und die Zeiten zur vollständigen Erbringung der PRL
eingehalten werden.

Ein weiterer Unterschied der PRL zu den beiden anderen Produkten der Regelenergie ist,
dass die PRL gemeinsam vom europäischen Bund und nicht von den ÜNB separat
bereitgestellt wird. Die PRL ist das erste Segment in Abbildung 7. Wie zu erkennen ist,
bleibt die Bereitstellung der PRL so lange bestehen, bis die SRL vollständig erbracht wird.
Die SRL löst anschließend die PRL ab. [8], [9]

Sekundärregelenergie

Nach Abruf der PRL wird diese von der SRL abgelöst. Die Bereitstellung der SRL erfolgt
durch schnell regelbare und automatisch schaltbare Kraftwerke (z.B. Gaskraftwerke oder
Pumpspeicherkraftwerke). Die SRL muss nach spätestens fünf Minuten vollständig
erbracht werden und wird anschießend nach 15 Minuten von der MRL abgelöst. Dabei kann
es nach Ablösung durch die MRL zu einem beidseitigen Einsatz der SRL und MRL kommen,
bis die Regelenergie durch die verfügbaren Reserven der BKV abgelöst wird. Diese
Überschneidung ist in Abbildung 7, neben der Aktivierungszeit der MRL, ab Minute 15
ersichtlich. [8], [9]

Anbieter von SRL stehen in direkter Kommunikationsverbindung mit der
Netzüberwachungswarte der ÜNB, welche Daten in Echtzeit austauschen. Im Falle der
Notwendigkeit, die SRL zu aktivieren, werden die Abrufe vollautomatisch durch einen
sogenannten Frequenzleistungsregler der ÜNB auf die einzelnen Anbieter verteilt. Die
Anbieter sind im Falle eines Abrufs dazu verpflichtet die positive bzw. negative SRL
bereitzustellen. [8], [9]

 - 12 -

Minutenreserveleistung

Die MRL ist das letzte Produkt der Regelenergie. Die MRL muss spätestens nach
15 Minuten der Frequenzänderung vollständig erbracht werden, damit die SRL abgelöst
werden kann. Die MRL muss anschließend für mindestens 10 Minuten erbracht werden.

Die MRL wird ebenfalls wie die SRL überwiegend von regelbaren
Pumpspeicherkraftwerken und Gaskraftwerken bereitgestellt. Wie bei der SRL bereits
beschrieben, können MRL und SRL zur gleichen Zeit eingesetzt werden. Das bedeutet,
dass gewisse Leistungen der SRL bis zur Wiederherstellung des Normalzustands (50 Hz)
nicht von der MRL abgelöst werden. Der Normalzustand wird durch die Aktivierung der
verfügbaren Reserven der ÜNB wieder hergestellt. [8], [9]

2.2 Ausschreibungsverfahren am Regelenergiemarkt
Die vier ÜNB in Deutschland (50Hertz Transmission GmbH, Amprion GmbH, TenneT TSO
GmbH und TransnetBW GmbH) haben sich dazu entschlossen, die Regelenergie
gemeinsam zu beschaffen und betreiben hierzu gemeinsam die Ausschreibungsplattform
„Regelleistung.net“. Auf dieser Plattform werden alle notwendigen Dokumente für
potenzielle und bestehende Anbieter von Regelenergie zur Verfügung gestellt. Potenzielle
Anbieter von Regelenergie müssen ein Präqualifikationsverfahren durchlaufen. Die
Präqualifikationskriterien werden von den deutschen ÜNB auf Basis der EU-Verordnung
2017/1485 vom 2. August 2017 erstellt. Die EU-Verordnung beinhaltet die Leitlinien für den
Übertragungsnetzbetrieb, darunter Kriterien zu den Präqualifikationsunterlagen. [8], [9]

Nach erfolgreicher Präqualifikation der Anbieter werden Rahmenverträge zwischen diesen
und den ÜNB zur Bereitstellung der Regelenergie abgeschlossen. [8], [9]

2.2.1 Ausschreibung der Primärregelleistung
Anders als bei der SRL und MRL wird der Bedarf an PRL nicht von vier ÜNB separat
festgelegt. Die Bedarfsbestimmung der PRL erfolgt im gesamten Gebiet der ENTSO-E (36
europäische Länder). Der Bedarfsermittlung liegt die Annahme des gleichzeitigen Ausfalls
der zwei größten Kraftwerksblöcke im gesamten Netzgebiets der ENTSO-E zugrunde.
Daraus ergibt sich eine Vorhaltung der PRL von + / - 3000 MW. Die Gesamtleistung wird
anschließend gemäß der Einspeisung des Vorjahres (jährliche Neuberechnung) auf die
einzelnen ÜNB aufgeteilt. In Deutschland liegt die auszuschreibende Leistung bei 573 MW
(Q3 2020). Die Länder Deutschland, Belgien, Niederlanden, Frankreich, Österreich und
Schweiz haben sich dazu entschlossen die PRL gemeinsam auszuschreiben, wodurch sich
ein Gesamtbedarf von ca. 1.400 MW ergibt. [9]

Ausgeschrieben wird die benötigte Leistung in 1 MW Blöcken. Die Ausschreibung wird
jeweils 14 Tage vor der physikalischen Erfüllung veröffentlicht (Gate Opening Time (GOT)).
Der Stichtag für die letzte Angebotsabgabe liegt einen Tag vor der physikalischen Erfüllung
um 8:00 Uhr (Gate Closing Time (GCT)). Es werden sechs Produkte mit jeweils vier
Stunden (0:00 – 04:00 Uhr, 04:00 – 08:00 Uhr, 08:00 – 12:00 Uhr, 12:00 – 16:00 Uhr, 16:00
– 20:00 Uhr und 20:00 – 24:00 Uhr) für positive und negative PRL gemeinsam
ausgeschrieben. [11]

 - 13 -

Die Vergütung der PRL erfolgt nur über einen Leistungspreis, wohingegen bei der SRL und
MRL sowohl ein Leistungspreis als auch ein Arbeitspreis (Energiemenge) vergütet wird. Die
einseitige Vergütung der PRL lässt sich damit erklären, dass davon ausgegangen wird,
dass sich positive und negative PRL ausgleichen und somit gleich viel elektrische Leistung
bezogen wird, wie in das Netz eingespeist wird. Der Zuschlag der Anbieter erfolgt gemäß
einer Merit-Order-Liste (geordnet vom niedrigsten bis zum höchsten Preis). Alle
bezuschlagten Anbieter erhalten den gebotenen Höchstpreis der Merit-Order-Liste. Die
Abbildung 8 zeigt eine beispielhafte Merit-Order-Liste vom 30.09.2020. Die rote Linie zeigt
den Angebotspreis und die grünen Balken die gebotenen Leistungen der Anbieter. [11]

 60 120

 50 100

 Leistungspreis [€/MW]
 40 80
 Leistung [MW]

 30 60

 20 40

 10 20

 0 0
 1
 17
 33
 49
 65
 81
 97
 113
 129
 145
 161
 177
 193
 209
 225
 241
 257
 273
 289
 305
 321
 337
 353
 369
 385
 401
 417
 433
 449
 465
 481
 497
 513
 529
 545
 561
 577
 593
 609
 625
 641
 657
 Angebote [-]

 bezuschlagte PRL Leistung [MW] bezuschlagter PRL Leistungspreis [€/MW]

Abbildung 8: Merit-Order-Liste vom 30.09.2020 der PRL Ausschreibung für das positive und negative
 Produkt von 00:00 - 04:00 Uhr
Quelle: eigene Darstellung auf Basis der Daten des Datencenters von „Regelleistung.net“ [12]

2.2.2 Ausschreibung der Sekundärregel- und Minutenreserveleistung
Die Ausschreibungen der SRL und MRL finden täglich und gemeinsam für die vier ÜNB
über das Ausschreibungsportal der gemeinsamen Internetplattform „Regelleistung.net“
statt. Anders als bei der PRL werden bei der SRL und MRL Regelleistung und Regelarbeit
ausgeschrieben. Seit dem 02.11.2020 findet eine getrennte Ausschreibung auf zwei
getrennten Märkten (Regelleistungsmarkt und Regelarbeitsmarkt) statt. [9]

Unabhängig von Regelleistung und Regelarbeit werden zwölf Produkte ausgeschrieben.
Diese setzen sich aus je sechs positiven und sechs negativen Vier-Stunden-Blöcke
zusammen. Das Mindestgebot liegt bei einem Megawatt. Wenn mehrere Gebote eines
Anbieters abgegeben werden, liegt das Mindestgebot bei fünf Megawatt pro Angebot. [9]

Beide Märkte weisen unterschiedliche Ausschreibungszeiträume auf. Zuerst wird die
Ausschreibung der Regelleistung mit einer GOT von einer Woche vor physikalischer
Erfüllung geöffnet. Die GCT liegt am Vortag um 09:00 Uhr für die SRL bzw. 10:00 Uhr für
die MRL. Die Ausschreibung des Regelarbeitsmarktes öffnet mit der Veröffentlichung der
Ergebnisse des Regelleistungsmarktes und schließt eine Stunde vor der physikalischen
Erfüllung des jeweiligen Produktes. [11]

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Die ausgeschriebene Menge, welche an SRL bzw. MRL benötigt wird, wird von den ÜNB
bestimmt. Die ausgeschriebene Leistung der SRL lag im dritten Quartal 2020 bei etwa
2100 MW (positiv und negativ) und für die MRL bei 670 MW (positiv) und
1100 MW (negativ). [6]

Für die Ausschreibung der Regelleistung müssen Gebote mit einem Leistungspreis und
einem Arbeitspreis abgegeben werden. Die Angebotsabgaben für den Regelarbeitspreis
werden in die Ausschreibung am Regelarbeitsmarkt übernommen. Wird kein Arbeitspreis
angegeben, wird dieser mit 0 €/MWh beziffert. Der Zuschlag am Regelleistungsmarkt erfolgt
wie bei der PRL gemäß einer Merit-Order-Liste und nach dem Leistungspreis. Bezuschlagt
werden alle Anbieter bis zur Erreichung der ausgeschriebenen Menge. Der Leistungspreis
wird mit einem Fixpreis angegeben, welchen der jeweilige Anbieter für das Vorhalten seiner
Leistungen erhält, wenn dieser während der Ausschreibung bezuschlagt wird. Das
bedeutet, dass die Anbieter, selbst wenn es zu keinem Abruf kommt, die angebotene
Vergütung erhalten. [11]

Die Ausschreibung am Regelarbeitsmarkt erfolgt, wie bereits beschrieben, nach der
Veröffentlichung der Ergebnisse am Regelleistungsmarkt. Solange die Angebotsphase
geöffnet ist, können Anbieter ihre bereits übertragenen Angebote bis zur GCT (60 min vor
physikalischer Erfüllung) nach oben oder unten verändern. Nach der GCT wird mit den
neuen bzw. übertragenen Regelarbeitspreisen eine neue Merit-Order-Liste erstellt.
Ein Beispiel für die Merit-Order-Liste der Arbeitspreisekann der Abbildung 9 entnommen
werden. [11]
 35 100000

 90000
 30
 80000

 25 70000
 Arbeitspreis [€/MWh]
 Leistung [MW]

 60000
 20

 50000

 15
 40000

 10 30000

 20000
 5
 10000

 0 0
 1
 9
 17
 25
 33
 41
 49
 57
 65
 73
 81
 89
 97
 105
 113
 121
 129
 137
 145
 153
 161
 169
 177
 185
 193
 201
 209
 217
 225
 233
 241
 249
 257
 265
 273
 281
 289
 297
 305

 Angebote [-]

 bezuschlagte SRL Leistung [MW] bezuschlagter SRL Arbeitspreis [€/MWh]

Abbildung 9: Merit-Order-Liste (SRL Regelarbeit) vom 15.12.2020 der SRL Ausschreibung für das positive
 Produkt von 00:00 - 04:00 Uhr
Quelle: eigene Darstellung auf Basis der Daten des Datencenters von „Regelleistung.net“ [12]

Durch die kurzfristige Angebotsabgabe vor der physikalischen Erfüllung wird dem Anbieter
die Möglichkeit geboten, besser auf unvorhergesehene Änderungen zu reagieren. Vor
allem durch die sich sehr kurzfristig verändernden Wettereinflüsse können die Prognosen
des Vortags oftmals verfälscht werden.

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